人类活动和有毒金属污染

当古人或许早在一万年前就开始冶炼矿石以提取金属时，他们就达成了一项有毒的 “交易”，而这项 “交易” 一直延续至今。从铜制箭头到镍合金火箭发动机，冶金技术让人类得以制造出越来越强大的工具，但数千年的采矿活动也留下了污染的后遗症。如今，研究人员绘制出了首张全球土壤有毒金属分布图，结果显示，受工业污染以及基岩侵蚀等多种因素影响，大片土地都遭到了污染。

这项研究成果于今日发表在《科学》杂志上，它揭示了一条横贯大陆、土壤中金属含量超标的地带，该地带从欧洲南部一直延伸至中国，此外在非洲和美洲也存在一些金属污染热点地区。该研究估计，全球约有9亿至14亿人可能接触到至少一种含量超标的有毒金属，全球14%至17%的农田可能受到影响。 

“这个问题的严重程度似乎比我们许多人想象的更大，也更具全球性。” 苏黎世联邦理工学院的环境科学家马蒂亚斯·维根豪泽（Matthias Wiggenhauser）说道，他并未参与这项研究。他还补充称，这张新的污染分布图可能 “会显著提高政策制定者的认识”。

某些金属会引发一系列疾病，如癌症、心血管疾病以及儿童认知发育迟缓等。许多发达国家都已在特定地点（通常是工业区或城市）测量过这些有毒金属在土壤中的含量。但这一威胁的影响范围究竟有多大，仍不得而知。

为了描绘出一幅全球污染图景，清华大学环境科学家侯德义及其同事首先在科学文献中搜索有关砷、铅以及其他五种相对常见的有毒元素的数据。研究团队找到了1493篇调查过表层土壤中重金属浓度的报告，然后对这些研究中的土壤样本测量数据进行了审核和整理，样本总数近80万份。

接下来，研究人员使用机器学习算法，根据这些样本中的金属浓度推断出那些缺乏土壤测量数据地区的金属浓度。这些算法依据气候、地质、地形模式以及社会经济因素，估算出了各种金属存在于土壤中的可能性。“他们完成了一项艰巨的任务。” 贝尔法斯特女王大学的生物地球化学家安迪·梅哈格（Andy Meharg）说道，他并未参与这项研究，“这是一项非常出色的工作。”

根据分析结果，分布最广泛的有毒金属是镉，据估计全球约9%的表层土壤中镉含量较高。镉在土壤中很容易移动，它来自基岩的自然侵蚀以及锌矿开采。镉主要用于可充电电池，还用于制造黄红色颜料和耐腐蚀涂层。

研究团队通过参考包括中国和美国在内的11个国家针对人体健康、食品以及非人类生物所设定的安全阈值，来界定镉和其他元素的 “高” 含量标准。这些监管阈值差异很大，部分原因在于设定阈值的目的（比如是否用于启动土壤清理工作），另一部分原因则在于相关土地的用途（如用于耕种或建房）。因此，为了绘制出统一的全球分布图，侯德义的团队决定，当土壤中某种金属的浓度超过所有相关阈值中最严格的25%时，就判定该金属含量超标。

外部研究人员表示，仅仅土壤中的金属含量本身并不一定意味着会对农作物或人类构成风险。例如，维根豪泽指出，生长在白垩质或碱性土壤中的植物不太可能吸收镉和其他金属，这一区别 “凸显了专业知识在解读此类分布图时的必要性”。

此外，据詹姆斯·赫顿研究所的土壤化学家瓦克内·内加萨（Wakene Negassa）称，这项研究并未明确所检测的重金属的化学形态，这是衡量这些金属实际毒性的 “一个主要局限”。他在向位于英国的慈善机构科学媒体中心发表的一份声明中表示：“决定重金属潜在污染性的并非其总浓度，而是它们的生物可利用形态，即那些能够被植物吸收并通过食物链传递给动物和人类的形态。”

侯德义强调，这些新的估计数据是在10公里见方的区域内计算得出的，还只是初步结果，旨在突出那些可能需要关注和研究的地区。该研究确定的最高风险地区早已为人熟知，包括中国南部、印度北部和中东地区。但侯德义表示，从数据中看到从欧洲南部到中国南部的土壤金属污染地带，即一条横跨主要文明发源地的潜在有毒地带，“着实令人震惊”。

研究团队的分析认为，该地区的污染是由古代采矿活动、现代工业以及气候与下层岩石的相互作用共同导致的。这条污染地带不同地区的健康风险可能有所不同：维根豪泽指出，在半干旱地区，土壤通常呈碱性，这降低了金属从土壤转移到农作物和食品中的风险。即便如此，侯德义表示这一发现 “象征着人类活动在地球上留下的深刻印记”。

随着对关键矿物的需求不断增长，从电池到风力涡轮机的各种产品制造都需要这些矿物。侯德义强调，各国应该对更多土壤进行有毒金属检测，并提供国际援助，以支持在撒哈拉以南非洲等研究较少的地区开展土壤采样工作。他说：“我们强烈敦促各国政府优先解决土壤污染问题，这个问题长期以来一直被忽视。”